Væskestrømmer kan deles inn i to forskjellige typer: laminære strømmer og turbulente strømmer. Laminær strømning oppstår når væsken strømmer i uendelige parallelle lag uten forstyrrelse mellom dem. I laminære strømmer glir væskelagene parallelt, uten eddier, virvler eller strømmer som er normale for selve strømmen. Denne typen flyt er også referert til som strømlinjestrøm fordi den er preget av ikke-kryssende strømlinjer (Figur 1).det laminære regimet styres av momentumdiffusjon, mens momentumkonveksjonen er mindre viktig. I mer fysiske termer betyr det at viskøse krefter er høyere enn treghetskrefter.

Historie

skillet mellom laminære og turbulente regimer ble først studert Og teoretisert Av Osborne Reynolds i andre halvdel av det 19.århundre. Hans første publikasjon\(^{1}\) om dette emnet regnes som en milepæl i studiet av væskedynamikk.

dette arbeidet var basert På eksperimentet Som Ble brukt Av Reynolds for å vise overgangen fra laminær til turbulent regime.forsøket besto av å undersøke oppførselen til vannstrømmen i et stort glassrør. For å visualisere strømmen injiserte Reynolds en liten vene av farget vann inn i strømmen og observerte dens oppførsel ved forskjellige strømningshastigheter. Når hastigheten var lav, forblir det farvede laget tydelig gjennom hele rørets lengde. Når hastigheten ble økt, brøt venen opp og diffunderte gjennom rørets tverrsnitt, som vist i Figur 2.

Reynolds demonstrerte således eksistensen av to forskjellige strømningsregimer, kalt laminær strømning og turbulent strømning, adskilt av en overgangsfase. Han identifiserte også en rekke faktorer som påvirker forekomsten av denne overgangen.

Reynolds Tall

Reynolds tall (Re) er et dimensjonsløst tall som uttrykker forholdet mellom treghet og viskøse krefter. Konseptet ble først introdusert Av George Gabriel Stokes i 1851, men ble popularisert Av Osborne Reynolds, som foreslo det som parameter for å identifisere overgangen mellom laminære og turbulente strømmer. Av denne grunn ble det dimensjonsløse tallet navngitt Av Arnold Sommerfeld etter Osborne Reynolds i 1908\(^2\). Reynolds-tallet er en makroskopisk parameter for strømning i dens globalitet og er matematisk definert som:

$$ Re=\frac{\rho u d}{\mu} =\frac{ud}{\nu} \tag{1}$$

hvor:

ved lave verdier av \(Re\)), strømmen er laminær. Når \(Re\) overskrider en viss terskel, oppstår halvutviklet turbulens i strømmen; dette regimet er vanligvis referert til som «overgangsregime» og forekommer for et bestemt område Av Reynolds-tallet. Til slutt, over en viss verdi av \(Re\), blir strømmen fullt turbulent. Middelverdien av \ (Re\) i overgangsregimet kalles vanligvis «Kritisk Reynolds nummer», og det regnes som terskelen mellom laminær og turbulent strømning.

det er interessant å legge merke til At Reynolds-tallet avhenger både av væskens materielle egenskaper og på de geometriske egenskapene til applikasjonen. Dette har to hovedkonsekvenser i bruken av dette tallet:

• Reynolds-tallet er ment å beskrive flytens globale oppførsel, ikke dens lokale oppførsel; i store domener er det mulig å ha små / lokaliserte turbulente områder som ikke strekker seg til hele domenet. Av denne grunn er det viktig å forstå fysikken i strømmen for å bestemme det nøyaktige applikasjonsdomenet og den karakteristiske lengden.
• Reynolds-nummeret er en egenskap av søknaden. Ulike konfigurasjoner av samme applikasjon kan ha forskjellige kritiske Reynolds tall.

i følgende tabell vises korrespondansen Mellom Reynolds-tallet og regimet oppnådd i forskjellige problemer:

Overgangsregime

overgangsregimet skiller laminære og turbulente strømmer. Det forekommer for en rekke Reynolds-tall der laminære og turbulente regimer samboes i samme strømning; dette skjer fordi Reynolds-tallet er en global estimator av turbulensen og ikke karakteriserer strømmen lokalt. Faktisk kan andre parametere påvirke strømningsregimet lokalt. Et eksempel er en strømning i et lukket rør, studert analytisk gjennom Moody ‘ s-diagrammet (Figur 3), hvor oppførselen til strømmen (beskrevet gjennom friksjonsfaktoren) avhenger både Av Reynolds-tallet og den relative grovheten\(^3\). Den relative grovheten er en «lokal» faktor, som indikerer tilstedeværelsen av en region som oppfører seg annerledes på grunn av sin nærhet til grensen. Fullt turbulente strømmer rapporteres til høyre for diagrammet (hvor kurven er flat) og forekommer for høye Re og/eller høye verdier av grovhet, som forstyrrer strømmen. Til venstre er det laminære regimet beskrevet, og det er lineært og uavhengig av grovheten. Den mest interessante delen er den sentrale, overgangsregimet, hvor friksjonsfaktoren er svært avhengig av Både Reynolds-tallet og den relative grovheten. Også beskrivelsen av begynnelsen av det turbulente regimet er ikke pålitelig på grunn av sin aleatoriske natur.

Applikasjoner

Laminære strømmer har både faglige og industrielle applikasjoner.

Mange strømmer i laminar regime brukes som benchmarks for utvikling av avanserte simuleringsteknikker. Dette er tilfelle av «lid-drevet hulrom» \(^4\), beskrevet i Figur 4 (a), som viser et kritisk Reynolds antall \(Re=1000\). Det resulterende hastighetsfeltet(Figur 4 (b)) avhenger Av Reynolds-tallet og hovedstrømningsegenskapene (f. eks. antall eddies, eddies senterposisjon, hastighetsprofil) har blitt grundig benchmarked.

fra industrielt synspunkt utvikles laminarregimet vanligvis i strømmer med lav hastighet, lav tetthet eller høy viskositet. Dette er vanligvis tilfelle av naturlig konveksjon (Figur 5) eller ventilasjonssystemer som arbeider med lav hastighet (Figur 6).

Sist oppdatert: 5. februar 2021